POLITECNICO DI TORINO - DOCTORATE SCHOOL
RESEARCH PROFILES FOR DOCTORAL STUDENTS
DOCTORAL COURSE IN PHYSICS
I campi in azzurro compariranno nel sito web, quelli in grigio nel documento di autovalutazione
RESEARCH TOPICS (inglese)
Macro-area:
Physics of Novel Materials
X
Physics of Complex and Biological Systems;
High-Energy Physics;
Nanophysics and Quantum Systems
Research title: Statistical physics and interdisciplinary applications
Short description of the research
This research line deals with different subjects, sharing common methods from statistical physics. The
first subject includes biological molecules and systems. We are currently addressing a major problem in
molecular biophysics, that is, protein folding. We try to understand how a protein folds and unfolds, given
the knowledge of its native structure, under temperature variations and/or an external force. We use
simple statistical-mechanical models, solved both by analytical techniques and computer simulations.
Very recently, we have started studying the problem of computational protein design, which is extremely
timely and relevant in the framework of rational drug design. We also investigate complex fluids
thermodynamics, with special focus on polymer systems and on anomalous properties of water, and
interdisciplinary issues concerning random graph theory and combinatorial optimization. Technologically
relevant applications include algorithms for optimization problems in distributed environments, such as
communication networks.
Theses available on the following subjects:
1) Statistical physics of protein and RNA folding and mechanical unfolding
2) Computational protein design
3) Glass transitions in polymer systems
4) Belief propagation in communication networks
Keywords: statistical physics, protein folding, protein design, polymers, complex fluids, belief propagation.
SSD involved (FIS01, FIS02, FIS03, FIS04): FIS02
ATTIVITA’ DI RICERCA (italiano)
Macro-area di appartenenza:
Fisica dei materiali innovativi
X
Fisica dei sistemi complessi e biologici;
Fisica delle alte energie;
Nanofisica e sistemi quantistici
Titolo dell’attività di ricerca: Fisica statistica e applicazioni interdisciplinari
Breve descrizione della ricerca
Questa linea di ricerca verte su diversi argomenti, i quali hanno in comune i metodi della fisica statistica.
Il primo argomento comprende le molecole e i sistemi biologici. Attualmente ci occupiamo di un
problema fondamentale della biofisica molecolare, il ripiegamento delle proteine. Cerchiamo di capire
come una proteina si ripiega e si apre, data la conoscenza della sua struttura nativa, al variare della
temperatura e/o di una forza esterna. Utilizziamo semplici modelli meccanico-statistici, che risolviamo
per mezzo di tecniche analitiche e simulazioni al computer. Molto recentemente abbiamo intrapreso lo
studio del problema computazionale del disegno di proteine, estremamente attuale e rilevante
nell'ambito della progettazione razionale di farmaci. Ci occupiamo anche della termodinamica dei fluidi
complessi, con un'attenzione particolare ai sistemi di polimeri e alle proprietà anomale dell'acqua, e di
questioni interdisciplinari relative alla teoria dei grafi aleatori e all'ottimizzazione combinatoria. Le
applicazioni rilevanti per la tecnologia comprendono algoritmi per problemi di ottimizzazione
combinatoria in ambienti distribuiti, come le reti di comunicazione.
Sono disponibili tesi sui seguenti argomenti:
1) Fisica statistica del ripiegamento di proteine e RNA e dispiegamento meccanico
2) Disegno computazionale di proteine
3) Transizioni vetrose in sistemi di polimeri
4) Belief propagation in reti di comunicazione
Parole chiave: fisica statistica, ripiegamento delle proteine, disegno di proteine, polimeri, fluidi complessi,
belief propagation.
SSD coinvolti (FIS01, FIS02, FIS03, FIS04): FIS02
MEMBERS OF THE RESARCH GROUP INCLUDING PHD STUDENTS
STAFF: Carla Buzano, Alessandro Pelizzola, Marco Pretti (ISC-CNR)
PhD students: Michele Caraglio
WEB PAGE OF THE RESEARCH GROUP
http://staff.polito.it/alessandro.pelizzola/
INTERNATIONAL COLLABORATIONS (ACTIVE IN 2010)
Alberto Imparato, Aarhus University, Denmark
Pierpaolo Bruscolini, BIFI, Zaragoza University, Spain
SELECTED PAPERS OF THE PAST 5 YEARS (2006-2010)
M. Pretti and M. Weigt, Sudden emergence of q-regular subgraphs in random graphs, Europhys. Lett. 75, 8 (2006).
M. Zamparo and A. Pelizzola, Kinetics of the Wako-Saito-Munoz-Eaton model of protein folding, Phys. Rev. Lett. 97, 068106 (2006).
A. Imparato, A. Pelizzola and M. Zamparo, Ising-Like Model for Protein Mechanical Unfolding, Phys. Rev. Lett. 98, 148102 (2007).
P. Bruscolini, A. Pelizzola and M. Zamparo, Rate Determining Factors in Protein Model Structures, Phys. Rev. Lett. 99, 038103 (2007).
A. Imparato and A. Pelizzola, Mechanical Unfolding and Refolding Pathways of Ubiquitin, Phys. Rev. Lett. 100, 158104 (2008).
D. Sciretti, P. Bruscolini, A. Pelizzola, M. Pretti and A. Jaramillo, Computational protein design with side-chain conformational entropy,
Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics 74, 176 (2009).
A. Imparato, A. Pelizzola and M. Zamparo, Equilibrium Properties and Force-Driven Unfolding Pathways of RNA Molecules, Phys. Rev.
Lett. 103, 188102 (2009).
M. Caraglio, A. Imparato and A. Pelizzola, Pathways of mechanical unfolding of FnIII 10: Low force intermediates, J. Chem. Phys. 133,
065101 (2010).
A. Pagnani and M. Pretti, A discrete model of water with two distinct glassy phases, Europhys. Lett. 92, 46008 (2010).
FUNDED PROJECTS OF THE RESEARCH GROUP IN THE PAST 5 YEARS (20062010)
“Meccanica statistica e teoria dei grafi per i networks cellulari” (Regione Piemonte, 2006–2009).
“Statica e dinamica di polimeri soggetti a vincoli topologici” (MIUR-PRIN, 2006–2008).
“Statistical mechanics of heterogeneous models of biological systems” (Borsa di dottorato, Progetto
Lagrange - Fondazione CRT, 2006-2008).
"Analisi dinamica e statistica di microsistemi biologici" (MIUR-FIRB, 2004-2007).
